أثناء قيام مرفق البلدية في ماربورغ بألمانيا بإجراء صيانة مجدولة لمنشأة تخزين الماء الساخن ، قام المهندسون بلصق 18 لوحًا شمسيًا خارج الخزان الأسطواني الرئيسي الذي يبلغ ارتفاعه 10 أمتار. إنه ليس المنزل النموذجي للألواح الشمسية ، ومعظمها عبارة عن مستطيلات من السيليكون والزجاج المسطح والصلب مصفوفة على أسطح المنازل أو في الحدائق الشمسية. وعلى النقيض من ذلك ، فإن ألواح منشأة ماربورغ عبارة عن أغشية عضوية فائقة الرقة من صنع شركة Heliatek الألمانية للطاقة الشمسية. في السنوات القليلة الماضية ، قامت شركة Heliatek بتركيب ألواحها المرنة على جوانب أبراج المكاتب ، والأسطح المنحنية لمحطات الحافلات ، وحتى العمود الأسطواني لطاحونة هوائية يبلغ ارتفاعها 80 مترًا. الهدف: توسيع نطاق الطاقة الشمسية إلى ما وراء الأرض المسطحة. يقول جان بيرنستوك ، كبير المسؤولين التقنيين في شركة Heliatek: "هناك سوق ضخمة لا تعمل فيها الخلايا الكهروضوئية الكلاسيكية".
تعد الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPVs) مثل Heliatek أخف بأكثر من 10 مرات من ألواح السيليكون وفي بعض الحالات تكلف نصف تكلفة إنتاجها. بل إن بعضها شفاف ، الأمر الذي جعل المهندسين المعماريين يتصورون الألواح الشمسية ليس فقط على أسطح المنازل ، بل يتم دمجها في واجهات المباني والنوافذ وحتى المساحات الداخلية. يقول بيرنستوك: "نريد تحويل كل مبنى إلى مبنى لتوليد الكهرباء".
تعد ألواح Heliatek من بين عدد قليل من مركبات OPV المستخدمة عمليًا ، وتحول حوالي 9٪ من الطاقة في ضوء الشمس إلى كهرباء. ولكن في السنوات الأخيرة ، توصل باحثون من جميع أنحاء العالم إلى مواد وتصميمات جديدة وصلت ، في نماذج أولية صغيرة مصنوعة في المختبر ، إلى كفاءة تقارب 20٪ ، تقترب من السيليكون والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة غير العضوية البديلة ، مثل تلك المصنوعة من مزيج من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم (CIGS). على عكس بلورات السيليكون و CIGS ، حيث يقتصر الباحثون في الغالب على عدد قليل من الخيارات الكيميائية التي توفرها لهم الطبيعة ، فإن OPVs تسمح لهم بتعديل الروابط ، وإعادة ترتيب الذرات ، وخلط العناصر من جميع أنحاء الجدول الدوري. تمثل هذه التغييرات قدرة الكيميائيين على ضبط المقابض لتحسين قدرة موادهم على امتصاص أشعة الشمس وتوصيل الشحنات ومقاومة التدهور. لا تزال OPVs مقصرة في هذه التدابير. ولكن ، "هناك مساحة بيضاء هائلة للاستكشاف" ، كما يقول ستيفن فورست ، الكيميائي OPV في جامعة ميشيغان ، آن أربور.
واجهة زجاجية لمبنى العلوم الطبية الحيوية والفيزيائية في جامعة ولاية ميشيغان.
تم دمج الخلايا الكهروضوئية العضوية الشفافة في الواجهة الزجاجية لمبنى العلوم الطبية الحيوية والفيزيائية في جامعة ولاية ميشيغان.
حتى عندما تبدو OPVs المصنوعة في المختبر واعدة ، فإن توسيع نطاقها لإنشاء ألواح بالحجم الكامل يظل تحديًا ، لكن الإمكانات هائلة. يقول Bryon Larson ، خبير OPV في المختبر الوطني للطاقة المتجددة: "الآن هو وقت مثير حقًا في OPVs لأن هذا المجال قد حقق قفزات هائلة في الأداء والاستقرار والتكلفة".
الطاقة الشمسية التقليدية - التي تعتمد في الغالب على السيليكون - هي بالفعل نجاح في مجال الطاقة الخضراء ، حيث توفر ما يقرب من 3 ٪ من إجمالي الكهرباء على هذا الكوكب. إنه أكبر مصدر جديد للطاقة يتم إضافته إلى الشبكة ، حيث يأتي أكثر من 200 جيجاوات عبر الإنترنت سنويًا ، وهو ما يكفي لتشغيل 150 مليون منزل. مدعومًا بعقود من التحسينات الهندسية وسلسلة التوريد العالمية ، يستمر سعره في الانخفاض.
لكن الطاقة الشمسية ومصادر الطاقة الخضراء الأخرى لا تنمو بسرعة كافية تقريبًا لتلبية الطلب المتزايد وإحباط التغير المناخي الكارثي. بين مسيرة التنمية الاقتصادية العالمية والنمو السكاني والتحول المتوقع لمعظم سيارات وشاحنات العالم من البترول إلى الكهرباء ، من المتوقع أن يتضاعف الطلب العالمي على الكهرباء بحلول عام 2050. ووفقًا لآخر التقديرات الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية ، لتحقيق صافي انبعاثات كربونية صافية عالمية بحلول عام 2050 ، يجب على البلدان تركيب مصادر الطاقة المتجددة بأربعة أضعاف السرعة الحالية ، وهو تحد تصفه الوكالة بأنه "هائل". العالم بحاجة إلى مصادر جديدة للطاقة المتجددة ، وبسرعة.
لا يرى دعاة OPV أن التكنولوجيا تحل محل ألواح السيليكون التقليدية في معظم الاستخدامات. بدلاً من ذلك ، يرون أنه يساعد في بدء موجة من التطبيقات الجديدة وفي النهاية وضع الطاقة الشمسية في أماكن لا تعمل فيها ألواح السيليكون. بدأ هذا المجال في عام 1986 عندما أنتج خبراء الأفلام البلاستيكية في شركة Eastman Kodak أول OPV ، والتي كانت فعالة بنسبة 1 ٪ فقط في تحويل الطاقة في ضوء الشمس إلى كهرباء. ولكن بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، أدى العبث بالمقابض الكيميائية إلى رفع كفاءة اللقاح الفموي OPV إلى حوالي 5٪ ، وهو ما يكفي للعديد من الشركات لمحاولة تسويقها. كان يأملهم أن تجعل الألواح المطبوعة على آلات الطباعة الدائرية مثل مكابس الصحف الأجهزة رخيصة بما يكفي لتكون مفيدة على الرغم من أوجه القصور فيها. لكن ضعف الكفاءة والتدهور تحت أشعة الشمس القاسية حُكم على النماذج المبكرة. يقول لارسون: "كانت الإثارة موجودة ولكن الوقت كان مبكرًا بعض الشيء".
تعليقات
إرسال تعليق